半乳糖操縱子

半乳糖也是E.coli的一種碳源，它的分解要涉及三種酶的催化：半乳糖激酶（galactokinase，K），半乳糖轉移酶（galactose transferase,T）和半乳糖表面異構酶（galactose epimerase ,E,）。

基本介紹

• 中文名：半乳糖操縱子
• 簡介：是E.coli的一種碳源
• 催化酶：半乳糖激酶半乳糖轉移酶等
• 催化反應：Gal+ATP----->Glu-1-p+ADP+H+

反應式

Gal+ATP----->Glu-1-p+ADP+H+

半乳糖不僅可以作為唯一碳源供細胞生長，而且與之相關的物質--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細胞壁合成的前體。在沒有外源半乳糖的情況下，UDP-gal是通過半乳糖差向異構酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，該酶是galE基因的產物。生長過程中的所有時間裡細胞必須能夠合成差向異構酶。

結構特點

（1）有2個啟動子：P1和P2，當有活性的CAP存在時P1啟動，其-10順序位於-12~-6，稱為-10S1，轉錄的起始點為+1。當CAP缺乏時P2啟動子啟動，從-5開始轉錄，其-10順序位於-17~-11，稱做-10S2；

（2）gal操縱子無-35順序；（3）具有2個操縱基因OE和OI ，OE在上游，位於CAP位點之內，OI在基因gal內部；無論是OE還是OI高啟動子都有一段距離，不直接毗鄰。

分析gal操縱子P（啟動區）-O（操縱區）區的DNA序列發現，該操縱子存在兩個相距僅5bp的啟動子，可以分別起始mRNA的合成。每個啟動子擁有各自的RNA聚合酶結合位點S1和S2。cAMP-CAP對從S1和S2起始轉錄有不同的作用。

從S1起始的轉錄只有在培養基中無葡萄糖時，才能順利進行，RNA聚合酶與S1的結合需要半乳糖、CAP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉錄則完全依賴於葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由這個啟動子起始的轉錄。當有cAMP-CAP時，轉錄從S1開始，當無cAMP-CAP時，轉錄從S2開始。

Glu和Gal對Gal操縱子的調節

條件	表達
有Glu	有Gal	P2啟動S2開始轉錄gal E，組成型表達
無Gal	OE和OI 相互作用，成環，轉錄只進行20鹼基便停止
無Glu	有Gal	P1啟動，3個基因轉錄
無Gal	P1不啟動

1）．當沒有葡萄糖的條件下有Gal存在時，gal R（位於62ˊ）編碼的阻遏物失活，CAP結合在-47~23區域，RNA Pol結合在-10S1區，CAP和RNA Pol直接相互作用，使P1順利轉錄；當無Gal時Gal R結合在Gal OE上，Gal OE具有回文順序（TT GTG TAA AC|GATTCCACTAA）供CAP結合。它離啟動子有一段距離，當Gal R結合在gal OE上時不大可能像lac操縱子中lac阻遏那樣去阻礙RNA Pol的結合，它阻斷S1的轉錄可能的兩種方式；或是影響到cAMP-CAP和RNA聚合酶的作用而阻斷；或通過干擾cAMP-CAP與DNA的相互作用來阻斷。

在Glu存在的情況下，cAMP -CAP含量少，當Gal存在，而無Gal R時，P1不能啟動而P2啟動，RNA聚合酶結合-10 S2順序上，-10 S2（TATGCTA）和-10 S1（TATGGTT）順序相似，從S2開始轉錄gal E而不轉錄另外的2個基因gal T和gal K。這是由於Gal既可以作為碳源，同時UDP-Gal又是合成細胞壁的重要前體，因此無論Glu是否存在，只要有Gal，gal E總可以得到轉錄。

在Glu存在的情況下，若無Gal存在，Gal R可結合在gal OE和OI上，並相互作用形成環。S2位點阻遏作用和SI的阻遏機制完全不同，在上述條件下，即使有Gal R存在，P2仍不受阻遏開始轉錄（組成型），但由於OI上也有Gal R的結合併且成環，故轉錄只進行20鹼基便停止，這個過程如何發生尚不清楚。

2）cAMP-CAP的存在對P1可以激活是正調控，而對P2都是抑制，是負調控，其機制還沒有搞清楚。

3） Gal R這個阻遏物對P1和P2兩個啟動子都是負調節，但在cAMP-CAP含量少時P2仍可轉錄，其機制也不清楚。

4）P1啟動子與RNA Pol的親和力遠遠大於P2啟動子與RNA Pol的親和力。這可以解釋為什麼在沒有Glu，而有Gal存在時，P1轉錄，而P2不轉錄。可能二者要競爭RNA Pol，而RNA Pol 在細胞中數量是一定的，由於P1的親和力大大超過P2，所以RNA Pol幾乎都結合到P1啟動子上，P2由於得不到RNA Pol故不能啟動。